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★ 武漢智菱物聯科技有限公司

1　背景

隨著互聯網、移動通訊、物聯網、云計算等數字化技術的發展和應用，城市運行的各方面與數字化已經深度融合，并走過了將近20年的過程。城市數字化已經覆蓋了政府、企業、個人主體在交通、環保、水務、種植、養殖、樓宇、家居、消費、停車、房產、教育、醫療、制造、稅務等等場景的所有行為過程。物聯網系統為產業繁榮發展、生活健康便捷、治理精準科學提供了不可或缺的保障。

農業與農村一直以來是我國國民經濟發展的重要主題，是國家安全、穩定與人民生活品質提升的主戰場之一。減小城鄉差距、發展現代農業、培養新時代農業從業者、振興鄉村是我國的基本國策。農村的發展與治理與城市一樣面臨著產業、生態、文化、組織與人才等方面的諸多挑戰。甚至因為人口年齡結構、受教育程度、產業化水平、地域分散、機械化與現代化程度、自然條件依賴性等因素的影響，政府的農業、農村及農民工作所面臨的挑戰比城市更加嚴峻和棘手。

可以預見，作為現代社會治理的重要工具，物聯網系統對于農業農村振興與發展將發揮更加顯著的推動作用。但農村相對城市在資金、產業、資源、人口素質等方面存在著巨大的劣勢，導致在信息化、數字化革命如火如荼的今天，城鄉之間出現了嚴重的數字化鴻溝。在城市中，政府依托數據中心、電子政務、稅務系統等數字化工具開展有效治理；企業依托電子商務、制造系統、財務系統、人力資源系統管理人、財、物和訂單；個人依托線上購物、O2O應用、電子支付系統體驗著衣食住行等多方面的便利，但農業農村在物聯網系統的普及與應用，無論是政府管理部門還是農業經濟主體和農民，都存在著較大差距，這些差距制約著治理有效性、科學性的提高，制約著農業經濟主體的精準、高效管理與創新，制約著新農人打破固有思維，融入創新與發展的時代洪流。消除城鄉數字化鴻溝，應當成為鄉村全面振興新征程的重要任務之一。

2　鄉村振興與數字化路線

鄉村振興工作將是不斷嘗試、評估、總結、調整再嘗試的過程，它與數字化治理系統技術路線高度一致，因此可以提出如下建議，科學推進鄉村振興工作的有序開展。

首先將農業農村涉及的土地、房屋、道路、設施、氣象、作物、動物、水、肥、藥、飼料、裝備、人員、組織、企業、院校、政府機構、市場交易等全要素通過移動終端、感知網絡、遙感衛星等工具與手段進行全面數字化。

構建大數據中心，通過不同類型數據的相互關聯與分析，面向種植與養殖過程，構建不同品種、不同環境、不同生產工具的種植養殖模型；面向一二三產業多元主體間協作過程，積累建立信息分發與交易過程模型；面向農產品與服務市場交易與運行過程，建立動態市場預測模型；面向地方產業發展與宏觀經濟指標變化過程，建立產業預測與風險預警模型。

農業農村全面數據的實時掌控、多維度模型的建立與不斷迭代，為鄉村振興工作帶來詳實的數據基礎與科學的決策支撐。通過政策引導、資金支持、文化宣傳、城鄉信息對接、項目策劃與建設實施、企業及人員的數字化管理、鄉村基礎設施的數字化運維等多種手段，逐步實現產業高效發展、人才精準培養、環境友好宜居、組織高效運行的治理目標。

相信鄉村振興工作與數字化技術路線的結合將不斷催生新思路、新模式、新方法，為鄉村帶來更多的新人才、新企業、新業態、新面貌。

3　面向農業的新一代物聯網技術與系統

物聯網系統將為鞏固拓展脫貧攻堅成果與鄉村振興工作起到重要支撐作用，但并不能生硬照搬城市物聯網系統構建方式，而是根據農業農村環境、產業與市場現狀，根據鄉村振興工作的數字化技術路線，結合先進的邊緣計算、融合化、通用化物聯網技術、大數據分析技術、人工智能技術，創新開發與建設具有農業農村區域特點的新型物聯網技術與系統。

3.1　鄉村振興對物聯網技術與系統的需求

鄉村振興工作涉及產業振興、生態振興、組織振興、人才振興、文化振興等眾多方面，線程多、場景多、主體多、學科多，其對應的物聯網技術與系統需滿足通用化、融合化、邊緣計算、數據統管、應用多元的特點，才能真正適應農業農村產業生態，發揮其應有的價值。

（1）通用化

農業農村產業場景與主體多元化帶來了過程數字化要求的不同，例如露天種植、山區農業、大棚種植、畜牧、自然水體魚類養殖、高密度循環水魚類養殖、工廠化水培種植、菌類種植等等產業形態。為滿足多樣化生產場景，通用化便成為農業物聯網系統的重要需求之一。不同環境、不同防護要求、不同傳感內容、不同控制設備都需要在通用化物聯網終端上得以滿足和聯接。

（2）融合化

面向種植、養殖、農機服務、精準施肥、自動加工、高效物流、節能倉儲等不同農業產業環節，物聯網系統不僅要具備通用化能力，還需將不同類型數據和設備協議進行標準化融合、因地制宜地選擇不同數據鏈路進行數字化信息的融合傳輸、跨越不同系統邊界限制完成其融合管理，因此融合化是新一代面向農業物聯網系統的重要需求。

（3）邊緣計算

新一代面向農業的物聯網系統邊緣并不是簡單地將物理世界數字化并完成信息的傳輸，在面向大棚種植、精準施肥、水產養殖、畜牧養殖、蟲情監控等場景時，需要物聯網系統的邊緣物聯網終端根據科學種植、養殖、配肥等專業行業模型，實現本地采樣、本地運算、本地決策，同時根據中心的要求不斷更新和迭代數學模型。因此新一代物聯網系統中的物聯網終端應當基于邊緣計算架構要求，依托云計算中心的機器學習和算法訓練，完成邊緣計算，精準管控現場設施設備，達到科學化種植與養殖的目的。

（4）數據統管

為避免出現城市數字化治理系統發生的信息孤島問題，新一代面向農業的物聯網系統應具備數據統管的能力。系統應將政府、產業、個人、市場、科研等場景與業務數據進行標準化和結構化，實現統一、科學、有序的接入、存儲、管理與分發。

（5）應用多元

新一代面向農業的物聯網系統應在數據統管的基礎上，面向多元化農業經濟主體、政府和科研單位構建多元化應用體系，以滿足不同數據與應用需求，發揮系統數據互通優勢提升用戶粘性，形成“用得多就數據多、數據多就用得好”的良性循環。

3.2　面向農業的新一代物聯網系統

面向農業的新一代物聯網系統包含AIoT終端、感知核心網、數據中臺、開發者平臺和應用倉庫五大核心構建或組成部分。

（1）系統架構

面向農業的新一代物聯網系統呈現出“3+1”架構形式，即邊緣計算物聯網系統、數據中臺、應用倉庫加開發者平臺，如圖1所示。

圖1 新一代物聯網系統架構

上述架構將物聯網系統、數據中臺與多元化應用倉庫解耦并分層建設、部署和應用。當任何一個系統需要進行迭代與替換時，都不會對其他系統產生影響。另外，任何一個層級中的并列單元都可以無差別地共享訪問其他系統的數據資源。

（2）AIoT終端

AIoT終端是新一代物聯網系統邊緣側的核心裝置，又稱為邊緣計算終端（Edge Computing Terminal）。邊緣計算終端需具備多樣化本地設備物理接入端口、傳感器與控制器驅動與解析能力、邊緣計算算力、邊緣算法配置和迭代能力、數據存儲能力、多種通信鏈路融合能力、中心化運維與管理能力以及多樣性環境防護與適應能力，如圖2所示。具備上述能力的AIoT終端能夠適應農業經濟主體差異化場景、差異化感知與控制內容、差異化智能分析與智能作業需求，最終實現面向農業的新一代物聯網系統通用化、融合化、邊緣智能需求。

圖2 AIOT終端實現通用化、融合化、邊緣計算需求

（3）感知核心網

感知核心網是物聯網系統的中核心服務之一，感知核心網實現AIOT終端的海量聯接與高并發訪問，管理AIOT終端邊緣計算腳本的分發與迭代，通過不同傳感器與控制器驅動腳本的配置以實現現場設備的即插即用，通過中心化的設備狀態管理實現物聯網系統的高效與低成本運維。核心網的建設為鄉村萬物互聯構建了堅實的平臺基礎，環境數據、生產數據、生態數據、城鎮運行數據、自然災害數據均可集中接入、分發和管理，為數字化技術路線服務鄉村振興戰略推進打下基礎。

（4）數據中臺

數據中臺是新一代物聯網系統的大腦，它以大數據構架為基礎，實現設備統接、數據統管、能力統建的三項功能；實現行業業務與物聯網系統解耦，使物聯網系統、應用倉庫與之集成和對接更加簡單、便捷。數據中臺支持海量數據的高效儲存和統一管理，通過與應用倉庫的聯接為鄉村治理和企業決策提供實時的數據支撐。

（5）開發者平臺

開發者平臺是新一代物聯網系統生命力的來源。當物聯網系統運行于政府機構、企業主體、科研機構、消費市場等循環主體中，海量數據將吸引更多新主體、新技術、新應用和新商業模式的進入，開發者平臺為這些創新元素提供開放性的架構和開放性的生態，多元化主體和創新思維通過該平臺將新業態嫁接新一代物聯網系統之上，形成蓬勃發展的以數字化為基礎的鄉村產業新面貌，進一步吸引優質資本、人才和產業落地鄉村。

（6）應用倉庫

應用倉庫是新一代信息化系統的價值體現。在應用倉庫中包含智能化種植、養殖管理系統、農產品溯源系統、農產品電商、農機服務O2O應用、基層黨組織建設與管理、農業企業工商稅務管理、農業務工招聘管理、農產品加工智能制造系統、農村飲用水管理系統、農村面源污染監測與防治、病蟲害監測與防治、自然災害監測與防治、村鎮環衛系統管理平臺、村鎮交通管理系統、農業建設項目管理系統、政府政務管理系統等。應用倉庫搭建于數據中臺大數據基礎之上，為應用主體提供數據傳遞、分析、呈現、統計、預警和策略管理等功能，與此同時也源源不斷地產生過程數據回流數據中臺，形成產業主體間、政府企業間、市場與供應間的數據共享與交換。

4　社會價值

目前，基于邊緣計算物聯感知系統已經開始在鄉村數字化治理，農業產業數字化、智能化發展，生態環境治理等領域發揮著重要作用。

在鄉村數字化治理方面，通過部署物聯感知系統使得管理部門實時了解農用變壓器、排水泵機、防汛設施、港渠水庫、道路橋梁、危房、地質災害等設施設備狀態，并實現對農業生產與防汛用電、基層防汛動態、地質災害風險、交通管網妥善情況的綜合監測與預警；為農業生產、生活的安全保障提供有效的數字化系統工具，大大提升鄉鎮一級政府數字化治理水平。

在農業產業數字化發展方面，通過部署物聯感知系統，實現對大棚種植、水產養殖、畜牧養殖、農機服務、農產品加工等場景關鍵信息的數字化，打通政府、農業科學院所、農業企業、農民間的數據鴻溝，形成生產作業、技術服務、補貼引導等有機聯動，為農業主體的精細化、科學化生產提供數據支撐與信息手段。

在生態環境治理方面，通過部署物聯感知系統，實現對農村飲用水水質、污水治理設施工況、氣象環境、土壤墑情及地下水水位、森林植保等方面信息的數字化采集與分析。全面感知、評估生態環境風險，分析生態環境變化趨勢，制定生態環境治理工作規劃。

摘自《自動化博覽》2022年6月刊